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后基因组时代发展抗除草剂作物的机遇及挑战

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全球农业正在面临着严峻的挑战,育种技术是种业发展的基础和关键.基因编辑技术是指对目标基因进行定点修饰,实现对特定靶标基片段的删除、插入和替换.利用基因编辑技术可以精准修改目标基因或将某种优良基因引入到作物中产生优良农艺性状,在分子设计育种中具有巨大潜力,对保障粮食安全具有重大意义.杂草危害对作物的产量和品质影响巨大,如何高效、安全、可持续地防治草害一直是研究的热点.目前,全球市场已经出现超过200种的化学除草剂,利用化学方法来防治草害已成为现代化农业的重要组成部分,抗除草剂作物的推广也显著降低了杂草防治成本,但随着抗除草剂作物的大面积推广和长期使用单一除草剂,杂草抗/耐药性和抗性基因逃逸等环境安全问题逐渐被发现.目前,功能基因组学、生物信息学、基因工程技术的发展(特别是基因编辑技术在植物中的广泛应用),为创制抗除草剂作物和新型高效的除草剂系统创造了条件.本文首先介绍抑制植物氨基酸生物合成、植物脂类代谢、植物类胡萝卜素、质体醌和生育酚生物合成途径除草剂的主要作用靶标基因及其作用机制.其次,介绍 2 种挖掘新型抗除草剂基因与除草剂系统的方法,包括基于CRISPR/Cas系统对作物内源的除草剂抗性基因进行定向突变方法和基于天然产物与生物体在自然界中存在共同进化理论的抗性基因导向方法.同时,介绍 3 种培育抗除草剂作物方法的研究进展,包括常规育种培育法、转基因育种培育法和基于CRISPR/Cas基因组编辑技术培育法.其中,重点介绍CIRSPR/Cas系统、碱基编辑技术和Prime-editing系统在培育抗除草剂作物中的研究进展.针对抗性杂草的产生及环境安全问题是当前化学防治杂草面临的主要挑战,以及抗除草剂作物所面临的主要挑战是基因逃逸问题.目前,快速发展的基因组编辑技术为后基因组时代发展抗除草剂作物提供了新的解决策略和新的机遇.最后,对除草剂作物的未来进行了展望.
Opportunities and Challenges for Developing Herbicide-Resistance Crops in the Post-Genomic Era

gene editing technologyherbicidesherbicide-resistant genesbreeding of herbicide-resistant crops

吴元龙、惠凤娇、潘振远、尤春源、林海荣、李志博、金双侠、聂新辉

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石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室,新疆石河子 832003

华中农业大学植物科学技术学院/作物遗传改良全国重点实验室,武汉 430070

石河子农业科学院棉花研究所,新疆石河子 832011

基因编辑技术 除草剂 抗除草剂基因 抗除草剂作物育种

兵团科技创新人才计划科技特派员项目兵团科技创新人才计划强青项目石河子大学青年创新拔尖人才计划拔尖人才项目

S2019CB18772021CB028CXBJ202208

2023

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.17.005

中国农业科学
中国农业科学院

中国农业科学

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.899
ISSN：0578-1752
年,卷(期)：2023.56(17)
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